6.3b: Склад ферментів

Last updated
Save as PDF

Page ID: 31803

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

6.3b Склад ферментів

Перше місце для початку - описати структуру целюлази, використовуючи типові терміни в біохімії. Модульна целлобіогідріолаза (CBH) має кілька спільних аспектів; загальні ознаки включають: 1) область в'яжучого білка, 2) каталітична область білка та 3) область компонування, яка з'єднує сполучну та каталітичну області. На малюнку 6.14а показана загальна схема загальних ознак целюлази. CBH діє на кінцевому кінці кристалічного целюлозного субстрату, де домен зв'язування целюлози (CBD) вбудований в ланцюг целюлози, а нитка целюлози перетравлюється доменом ферменту каталізатора для отримання целлобіози. Цей тип ферменту характерний для екзоцелюлаз. На малюнку 6.14b показана більш реалістична модель, де компонувальник кріпиться до поверхні целюлози.

Одне з головних відмінностей глікозильних гідролаз (тип целюлази) від інших ферментів, як функціонує каталітичний домен. Існує три типи: 1) кишеньковий, 2) розщелина, і 3) тунельний. Кишенькова або кратерна топологія (рис. 15А) оптимальна для розпізнавання невідновлювальної кінцівки сахариду і зустрічається в моносахаридазах. Екзополісахаридази адаптовані до субстратів, що мають велику кількість доступних кінців ланцюга, таких як крохмаль. З іншого боку, ці ферменти не дуже ефективні для волокнистих субстратів, таких як целюлоза, яка майже не має вільних кінців ланцюга. Каталітичні домени целюлази або канавки - це «відкриті» структури (15B), які дозволяють випадково зв'язувати кілька одиниць цукру в полімерних субстратах і зазвичай зустрічаються в ендодіючих полісахаридазах, таких як ендоцелюлази. Тунельна топологія (рис. 6.15C) виникає від попередньої, коли білок еволюціонує довгі петлі, які покривають частину ущелини. Виявлений поки що тільки в CBH, отриманий тунель дозволяє через нього протягнути полісахаридний ланцюг. Червоні частини на кожному каталітичному домені повинні бути вуглеводом, що обробляється, хоча це важко побачити на цій картині.

CMH атакує кристалічну целюлозу Він має целюлозний сполучний домен, область зв'язування, що робить глікозилювання та каталітичний домен, що дає целлобіозу — Малюнок 6.14а: Біохімія целюлаз — модульної целлобіогідріози (CBH).

Кредит: Himmel et al., Целюлази: структура, функції та застосування. В: Посібник з біоетанолу: виробництво та використання.

Модельна схема того, як виглядають целюлази — Малюнок 6.14b: Модель схеми того, як виглядають целюлази, показуючи більш реалістичну картину каталітичного домену, модуля зв'язування та компонувальника.

*Кредит: Національна лабораторія відновлюваної енергетики*

Каталітичні домени глікозильних гідролаз - A) кишеньковий, B) розщелина, і C) тунель, див. Текстовий опис у посиланні нижче — Малюнок 6.15: Каталітичні домени глікозильних гідролаз - А) кишеньковий, В) розщелина і С) тунель.

Клацніть для текстового опису рисунка 6.15

Каталітичні домени глікозильних гідролаз:

Кишеньковий - глюкомілаза з A. awamori, гідроліз аморфних полімерів або димерів (наприклад, крохмалю та целлобіоза)

Розщелина - ендоглюканаза (Cel6A) від T. fusca Гідроліз кристалічних полімерів (наприклад, целюлозних ендоглюканаз)

Тунель - екзоглюканаза CHBII (Cel6A) від T. reesei, технологічний гідроліз кристалічних полімерів (наприклад, екзоглюканаз)

*Кредит: Девіс і Генріссат, 1995*

Інша головна особливість цих ферментів - целюлозно-зв'язуючий домен або модуль (CBD або CBM). Різні CBD націлені на різні ділянки на поверхні целюлози; ця частина ферменту розпізнає конкретні ділянки, допоможе наблизити каталітичний домен до целюлози та витягне нитку молекули целюлози з листа, щоб глікозидний зв'язок був доступний.

Отже, давайте повернемося до некомплексних проти комплексних систем целюлази. Рисунок 6.16 - це ще одне порівняння некомплексних та комплексних целюлазних систем, але цього разу вона зосереджена на ферментах. Зверніть увагу на малюнку 6.16A, маленькі PacMan схожі фігури для ферментів. Ферменти розділені, але працюють узгоджено, щоб розщепити нитки целюлози на целлобіозу та глюкозу. Нагадаємо, що цей процес аеробний (в кисні).

Тепер подивіться на рис. 6.16B і комплексну систему. Ферменти прикріплюються до субодиниць, які прикріплені до клітинної стінки бактерії. Продукти однакові, але нагадаємо, що ця система в анаеробній (без кисню), і всі ці ферменти працюють разом, щоб виробляти целлобіозу і глюкозу.

Некомплексні проти комплексних целюлазних систем. Описано в тексті вище — Малюнок 6.16: Некомплексні та комплексні системи целюлази, орієнтуючись на ферменти та їх відмінності в обох системах.

Кредит: Ханок Ратанаханокчай, Раттія Ваеонукул,
Паттра Пасон, Чакріт Тачаапайкун, Кхін Лей Кю,
Кадзуо Сакка, Акіхіко Косугі та Ютака Морі (2013). Мультиферментний комплекс штаму Paenibacillus curdlanolyticus B-6: нова система для утилізації біомаси, біомаси зараз - вирощування та утилізація, доктор Міодраг Дарко Матович (ред.), ISBN: 978-953-51-1106-1, InteCH, DOI: 10.5772/51820.

Отже, що ж являють собою ті субодиниці, які по суті є з'єднувачами в ферменті? На малюнку 6.17 показана схема типів. Целюлоза призначена для ефективної деградації целюлози. Субодиниця риштування має щонайменше один когезиновий модуль, які з'єднані з іншими типами функціональних модулів. Показаний CBM - це модуль, що зв'язує целюлозу, який допомагає блоку закріпитися до целюлози. Модулі когезину є основними будівельними блоками всередині риштування; когезини відповідають за організацію целюлолітичних субодиниць у мультиферментний комплекс. Модулі Dockerin закріплюють каталітичні ферменти до scaffoldin. Каталітичні субодиниці містять докерінові модулі; вони служать для включення каталітичних модулів у целюлозний комплекс. Це архітектура целюлозної системи C. thermoculum. (Альберт та ін., Казпедія, 2010). Усередині кожної целюлози може бути багато різних типів цих будівельних блоків. На малюнку 6.18 показана блок-схема двох різних структур T. neapolitana LaMA і кальдицелюлозірупторного штаму Rt8B.4 mA у вигляді блок-схеми. Через рівень цього класу ми не будемо вдаватися в більшу глибину про ці ферменти.

Компоненти целюлози для комплексного ферменту, описані в тексті вище — Малюнок 6.17: Компоненти целюлози для комплексного ферменту.

*Кредит: Cellusome: з Казіпедії*

Модульна структура штаму T. neapolitana LaMA та кальдицелюлозируптора Rt8B.4 mA. Показує пептиди в їх послідовності — Рисунок 6.18: Модульна структура *T. neapolitana* Lama та *кальдицелюлозирупторного* штаму Rt8B.4 mA.

*Кредит: Сумма та ін., Біохім. Дж., 2001*